Enfermedades complejas - U

Enfermedades complejas
Katherine Marcelain
Genética-Tecnología Médica
2008
• Las enfermedades complejas corresponden a un grupo
de condiciones que presentan un caracter hereditario no
definido. Es decir, existe agregación familiar de la
enfermedad, pero no siguen un patrón mendeliano de
herencia. Pueden afectar a un sexo más que al otro y
presentan expresión variable.
• Estas características obedecen a que, a diferencia de las
enfermedades mendelianas que hemos analizado a lo
largo del curso, las enfermedades complejas son el
producto de muchos genes (POLIGÉNICA) y de factores
ambientales.
• Ejemplos de estas enfermedades son la hipertensión
arteria esencial, la diabetes, obesidad, etc.
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Influencia de los genes y del ambiente en las distintas
causas de morbilidad y mortalidad. Enfermedades mendelianas, como la
hemofilia tienen un componente ambiental que puede variar su expresividad y penetrancia. Sin
embargo, el componente genético es fundamental (casi 100%). En cambio, la muerte por una
herida de bala podría tener algún componente genético mínimo (Ej. Personalidad agresiva),
pero sin duda el principal factor determinante de esta muerte es ambiental (la bala).
La herencia de este tipo de fenotipos
determinados por genes (poligénica) y
por el medio ambiente se denomina
HERENCIA MULTIFACTORIAL.
¿Cómo medir la importancia relativa del
genotipo y del ambiente?
Para esto, se recurre a la Genética de
caracteres cuantitativos, o Genética
cuantitativa.
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Genética cuantitativa
Genética cualitativa v/s Genética cuantitativa
1. Caracteres de clase.(Ejemplo color de la
semilla: amarilla v/s verde)
1. Caracteres de grado (se miden) (Ej. La
estatura)
2. Variación discontínua. Diferentes clases
fenotípicas (clase amarilla y clase verde)
2. Variación contínua. Espectro o gama.
Personas pueden ser muy bajas hasta muy
altas pasando por las estaturas intermedias.
3. Efectos patentes de un solo gen (A y a. AA y
Aa: verde; aa: amarillo)
4. Estudio de apareamientos individuales y
su progenie
5. Análisis mediante cálculo de proporciones
y relaciones. Ej, en una familia, dos
heterocigotos tienen ¼ de probabilidades de
tener un hijo afectado
3. Control poligénico. Los efectos de genes
individuales son difícilmente detectables
4. Estudio de poblaciones
5. Análisis de tipo estadístico. Cálculos en
base a parámetros poblacionales. Ej, de
acuerdo a las estadísticas poblacionales se
estima el riesgo que tiene una persona de
padecer o no una enfermedad.
Ejemplo de un caracter discontinuo (la altura de las plantas utilizadas en los
experimentos de Mendel: enanas y altas). Y un fenotipo continuo: la altura de las
plantas silvestres. Estas van desde un fenotipo enano hasta altas, pero pasando
por una gama de fenotipos intermedios. Cabe destacar que las plantas usadas
por Mendel son una excepción (eran de una variedad especial obtenida en
cultivo). Lo normal es que la altura se manifieste como un fenotipo contínuo.
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Ejemplo: estatura en humanos.
Si agrupamos a los individuos por clase fenotípica, es decir, en grupos con
estaturas en un rango de 5cm (156-160, 161-165 cm, etc) y analizamos 100
personas obtendremos una gráfica como en (a). Si las clases se limitan a grupos
de 1cm (156cm, 157cm, 158cm, etc) y analizamos 1000 individuos, la gráfica
cambiará y será como en (b). Pero si ya no agrupamos en clases, sino que se
grafica la variación contínua de la estatura y se considera un número infinito de
personas, entonces tenemos lo que se denomina una DISTRIBUCIÓN NORMAL,
que es una curva con forma de campana, en que la mayoría de los individuos se
localizan en el centro (parte más alta de la campana) y de ahí se reparten hacia
los extremos. Los caracteres cuantitativos y aquellos que aún no siendo
cuantitativos, pero que están determinados por poligenes y el ambiente,
presentan una DISTRIBUCIÓN NORMAL en la población.
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¿cómo determinar si un caracter
que presenta una alta
variabilidad en la población es
hereditario?.
Los experimentos de Johanssen
a comienzos del 1900 mostraron
que si se cruzan líneas puras
de plantas que se encuentran a
en los extremos de la curva
normal (las más enanas y las
más altas), se obtiene una F1
(100% heterocigota, ya que se
parte con lineas puras) que es
intermedia entre los parentales.
Pero en la F2, la curva normal se
extiende hacia los lados, y
aparecen fenotipos en los
extremos, iguales a los
parentales. Si se toman
individuos de los extremos en la
F2, las descendencias van a
tener una altura media igual a la
de sus progenitoras. Estos
experiementos van a relucir el
caracter hereditario de este
fenotipo y la participación de
más de un gen en la
determinación de este.
Método para testear heredabilidad en
organismos experimentales.
•Si distintos genotipos de una
población presentan distintas
distribuciones para un
carácter, decimos que el
carácter es heredable
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La extención (el ancho) de la curva normal (campana) determina una
mayor variabilidad fenotípica. Osea, mientras más ancha, más tipos
fenotípicos hay en esa población.
El punto medio de la curva (el más alto) determina la media (promedio) y
cuánto se extienda la curva desde la media hacia los extremos es lo que
se denomina Varianza Fenotípica (Vp)‫‏‬. En términos simples, la varianza
fenotípica indica cuán variado es el fenotipo dentro de una población.
En la figura se muestran tres curvas
normales que tienen la misma media (10 cm),
pero distinta varianza (indicada como S2). La
población en rojo tiene una menor varianza.
En ella el promedio de las plantas tiene
10cm, pero podemos encontrar plantas
desde 8,5 a11,5cm. Mientras que la
población en azul también tiene un promedio
de altura de 10cm, pero hay plantas que van
desde los 5 hasta los 15 cm.
¿Qué determina la forma de la
campana (varianza fenotípica)?:
los genotipos y el ambiente
Para caracteres poligénicos, la varianza fenotípica (Vp) va
a estar determinada por las variaciones genotípicas y las
ambientales
Vp= Varianza genética (Vg) + Varianza ambiental (Ve)‫‏‬
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La contribución de los genes se explica por el MODELO DE HERENCIA
POLIGÉNICA ADITIVA. En este modelo, cada gen se suma al efecto del
otro gen. Este modelo surge de los experimentos de Nilsson-Ehle (1909):
•Experimento Nilsson-Ehle (1909) cruzó dos variedades de trigo puras que
diferían en el color de los granos de trigo: rojo y blanco. La F1 era intermedia en
color y al cruzarla entre sí obtuvo al menos 7 clases de color en la F2. ¿Cómo
explicarlo?
P
Supongamos
control del
carácter
por un gen
con dos
alelos sin
dominancia
Rojo
AA
F1
X
Blanco
aa
Color intermedio
Aa
Rojo : Intermedio : Blanco
AA
Aa
aa
F2
1: 2: 1
Supongamos el control del carácter por dos genes con dos
alelos cada uno, SIN dominancia, y donde la intensidad del
color rojo depende del número de alelos mayúsculas (que
son los que producen el pigmento rojo)‫‏‬
P
Rojo
X
AABB
F1
F2
Blanco
aabb
Color intermedio (Rojo medio)
AaBb
Rojo oscuro: Rojo medio oscuro : Rojo medio : Rojo claro : Blanco
AABB
AaBB
AABb
AaBb
AAbb
aaBB
1: 4 : 6: 4 : 1
Aabb aabb
aaBb
Mientras más
alelos mayúscula
haya, más
intenso es el rojo
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Si ahora consideramos la participación de 3 genes, tenemos:
F1 AaBbCc X AaBbCc
Esto explica la
aparición de los 7
Fenotipos
diferentes en el
experimento de
Nisson-Ehle
Lo mismo se puede
aplicar para la estatura:
por ejemplo, cada alelo
mayúscula aporta 1 cm
Estos 7 fenotipos es
considerando sólo 3
genes. Imaginen la
participación de 10 o 100
genes distintos.
Herencia poligénica Aditiva. Nisson Ehle, 1909
Ej, modelo de herencia poligénica aplicado a la pigmentación
de la piel. Considera 3 genes con dos pares de alelos cada
uno. Los alelos en mayúscula aportan una dosis de pigmento
(ojo: aquí la mayúscula NO indica dominancia) y los en
minúscula no aportan pigmento)
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Herencia multifactorial con umbral de expresión
explica la herencia de las enfermedades complejas
En una población, la susceptibilidad a
desarrollar una enfermedad compleja adopta
una distribución normal (campana). En esta
distribución, los individuos que se encuentran
en el extremo derecho (zona achurada)
manifiestan la enfermedad.
En familias con individuos afectados de la
enfermedad, esta curva se mueve hacia la
derecha, de manera tal que MAS individuos
caen en la zona pasado el umbral y, por lo
tanto hay más individuos afectados.
Si llevamos esto al modelo de herencia
poligénica aditiva, piensen que cada alelo
mayúscula suma un riesgo para desarrollar la
enfermedad. Los individuos hacia la derecha
de la curva tienen más alelos mayúscula que
lo de la izquierda.
Efecto del ambiente (Ve) sobre la varianza
fenotípica
Frecuencia
Sin variación
ambiental
aa
AA
Altura planta
Alguna variación
ambiental
aa
AA
Altura planta
Mucha variación
ambiental
aa
AA
Altura planta
Si consideramos sólo un gen, las clases fenotípicas van a ser bien diferenciadas, pero
debido a la influencia ambiental, estas clases van a ser más variadas.
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Recordemos que:
Varianza fenotípica (Vp)= Varianza genética (Vg) + Varizanza
ambiental (Ve), osea, Vp=Vg+Ve
•
•
•
•
¿Cómo podemos estimar la importancia del genotipo en la variabilidad
fenotípica?
R: homogenizando el ambiente. Ej. Cultivar plantas bajo las mismas
condiciones ambientales controladas. Esto lleva la varianza ambiental (Ve)
cercana a cero. Por lo tanto, en un mismo ambiente:
Vp=Vg + 0
Vp=Vg, osea, toda la variabilidad fenotípica observada se
debe a la variabilidad debida a factores genéticos.
¿Cómo podemos estimar la importancia de un los factores ambientales en
la varianza fenotípica?
R: homogenizando el genotipo. Ej: Cultivando plantas de un mismo
genotipo (líneas puras) en distintos ambientes. Por lo tanto, la variabilidad
va a estar determinada sólo por el ambiente:
Vp= 0+Ve,
osea, Vp=Ve
OJO: esto es sólo en teoría, porque en la práctica NO se obtiene Vg o Ve= cero.
Conociendo estos factores, se puede estimar la
Heredabilidad (H2)‫‏‬:
Proporción de la variabilidad fenotípica observada en la
población, que obedece a diferencias genotípicas entre
los individuos
H2 = Varianza genética (Vg)
Varianza fenotípica (Vg+Ve)
En general la heredabilidad de un rasgo es diferente en
cada población y en cada ambiente. No se puede
extrapolar de una población y/o ambiente determinado a
otra.
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• Para el estudio de las enfermedades complejas en
humanos, obviamente no podemos hacer las
manipulaciones que se hacen en modelos
experimentales (llevar Ve o Vg a cero, por ejemplo) para
estimar la H2 de un rasgo.
• Los estudios útiles son:
– los de mellizos monocigotos (igual genotipo, igual ambiente)
comparados con mellizos dicigotos (distintos genotipo, igual
ambiente) (los que vimos en clase de análisis genético en el
hombre). De esta forma se “controla” parcialmente el ambiente.
– Los estudios de adopción de mellizos: se estudia mellizos
(mismo genotipo) que han sido criados en familias adoptivas
(distinto genotipo, mismo ambiente) (ver capítulo 7 , Lewis)
Datos de estudios de concordancia
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Ej. Estudio de adopción
Ejemplos de heredabilidad para algunos rasgos
humanos
Mientras mayor es la heredabilidad, mayor es la
Probabilidad de transmitir el rasgo a la descendencia
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En las enfermedades complejas, el consejo genético
se basa en el risgo de recurrencia de una
enfermedad.
Factores que aumentan el riesgo de
recurrencia de una enfermedad compleja en
los familiares de un paciente:
„
Alta heredabilidad de la enfermedad
„
Relación de parentesco cercana
„
Varios individuos afectados en la familia
„
Enfermedad severa en el paciente
„
Paciente es del sexo que se afecta con menos
frecuencia
Ej. Riesgo de recurrencia
Para dos enfermedades
Complejas en humano
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Por ser enfermedades comlpejas, los factores de riesgo
genético son variados, así como también los ambientales.
Ej,. Enfermedad cardiovascular.
En general, los transtornos de la conducta tienen una alta heredabilidad- La
siguiente tabla muestra la heredabilidad de distintos desórdenes y los genes
candidatos que se han asociado a estas patologías.
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Bibliografía
1. Pierce. Genetics, A Conceptual Approach.
2. Lewis. Human Genetics, Concept and Applications.
3. Griffith. An Introduction to Genetic Analysis.
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